丹凤县竹林关灌区原输水渠道改造方案比选浅析

董红香

（陕西省泾惠渠管理局 陕西 三原 713800）

1 工程概况

竹林关灌区位于丹凤县竹林关境内，是以丹江支流石槽沟水源为主的自流引水灌区，主要灌溉竹林关镇生态园6500亩农田，设计引水流量0.7m3/s，灌区农作物主要以玉米和小麦为主。渠首枢纽工程位于石槽沟口上游约3km处，截渗坝低坝引水。渠首引水闸后连接灌区输水渠道，全长11.15km，其中：闸后3.7km（桩号0+000～3+700）渠道为浆砌石输水渠道，渠道断面0.8m×0.8m，渠道比降1/1000，后半段7.45km（桩号3+700～11+150）的新华渠已完全失去输水功能。输水渠道工程是竹林关灌区的主要工程，经过多年运行后，急需对输水渠道进行改造。

2 存在问题

由于近几年连续降雨，输水渠道0+000～3+700段损毁严重，如果仍然采用渠道方案，则必须削坡清除滑坡体，修建挡土墙消除隐患，稳固渠基，这样将极大地增加工程量；而且清理外运土方巨大，没有堆弃地点，土石和建筑材料运输条件极差，修建高边坡挡土墙过程中也存在一定的安全问题。加之渠道多修建在半山腰，地质条件差、滑坡地段较多，滑塌、崩塌可能破坏堵塞渠道。由于大部分渠道是在老渠道上加高，接缝的结合技术要求严格，长期运行中存在渗漏问题。石槽沟内部分渠段滑坡体下方居住了多户群众，如果渠道渗漏进而诱发滑坡，则可能成为极大的安全隐患。因此，输水渠道已无法采用原线路渠道方案进行改造。

3 设计方案

根据现状输水渠道存在的问题，组织地质和测量人员对丹凤县竹林关输水渠道进行仔细踏勘测量，结合灌区工程现状，经过讨论和对比，提出以下几种方案，分述如下。

3.1 原渠道改隧洞方案

将石槽沟引水枢纽到刺沟旧渠道段3.7km（桩号0+000～3+700）渠道改造工程和7.45km（桩号3+700～11+150）渠道方案改为隧洞方案，隧洞从石槽沟引水枢纽直线穿过山体到达刺沟右岸（即水厂对岸）与原输水渠道末端1.29km新建渠道相接，以后渠段及建筑物仍采用原设计方案，命为1#隧洞，全长2922m。因王塬、张塬等村的农田也需石槽沟水源进行灌溉，故在距离引水枢纽2km处新建2#隧洞至石槽沟沟口100m3高位水池，然后从水池接DN200钢管输水至张塬等村，保证其灌溉，全长728m。

根据地质条件，隧洞断面形式可选圆形、马蹄形、城门洞形。不同断面开挖量及衬砌量对比，相差不大，城门洞型从方便施工开挖和出渣运输以及加快施工进度考虑，比圆形和马蹄形更为有利，因此，隧洞采用城门洞形断面。两隧洞断面尺寸相同，总长为3650m，断面为2.0m×1.8m，直墙长为1.3m，矢跨比4:1，衬砌厚度为20cm。其中1#隧洞长为2922m，比降为1∶220。2#隧洞长为728m，比降为1:290，其起点高程为879.8m，至水池高程为877.3m，满足输水条件。

综上，可用1#隧洞（2922m）代替原来3.7km渠道改造工程（沟内引水枢纽至石槽沟沟口）和7.45km的新建任务（石槽沟沟口至刺沟渠段）。其流程图如图1。

隧洞方案的优点是：①工程长度短；②辅助建筑物少，工程布设简单；③永久性好。

隧洞方案的缺点：①工程区域内地形地质条件复杂，地势险恶，隧洞开挖爆破过程中存在很大的安全隐患。②隧洞开挖断面有限，洞线又比较长，施工过程中碎石外运、混凝土运输等困难。③施工难度大，工期长，费工费时，很难满足工期要求。

3.2 原渠道改管道方案

采用4.672km压力管道输水，替代原来3.7km渠道改造工程（沟内引水枢纽至石槽沟沟口）和7.45km的新建任务（石槽沟沟口至刺沟渠段），将石槽沟地表水引至刺沟右岸，与原1.29km设计渠道相接，剩余渠道及建筑物仍采用原设计方案。

管线铺设：管线基本沿石槽沟道路铺设，经银花河河床将管线引至刺沟，在刺沟右岸（即水厂对面）设100m3蓄水池与原设计渠道相接。因张塬等村需要引水灌溉，故在石槽沟与银花河交接处设三通，通过钢管输水保证张塬等村灌溉。

输水管线路全长4.672km，管道铺设场地狭长，地势起伏，设计中充分考虑以上各种因素和安全供水、工程造价以及工程施工的需要，输水管管材综合比较了钢管(SP)、球墨铸铁管(DIP)、预应力钢筋砼管(PCP)、聚乙烯塑料管(PE)等4种管材，输水管道不同管材性能比较见表1。

图1 原渠道改隧洞流程图

表1 输水管道不同管材性能比较表

表2 方案技术经济比较

预应力钢筋混凝土管有良好的抗震性，对管道基础的适应性较强，内壁光滑，水力特性好，同时具有价格低，施工方便的优点。

另外，考虑到PE管虽价格相对较高，但在抗压、抗震、耐冲击、加工使用方便、使用寿命长、水流阻力小以及安全性能等方面有一定优势，故将其纳入备选方案。综上，因管材不同，有两种管道方案，分别介绍如下。

3.2.1 预应力钢筋混凝土管与PE管结合

从石槽沟引水枢纽至刺沟右岸渠底均采用预应力钢筋混凝土管，长为4443.4m，剩余段（即刺沟右岸坡塬段）采用PE管，长为228.7m。因张塬等村的农田需引水灌溉，故在石槽沟与银花河交界处设三通，通过钢管输水至张塬等村，保证其灌溉。

输水管水力计算按《灌溉与排水工程设计规范》6.3.2.1公式:hf=f.L计算。经计算，预应力混凝土管道选择φ800mm，总长为4443m，其中，公称压力0.4MPa长931m，0.6MPa长512m，0.8MPa为603m，1.0MPa长为630m，1.2MPa长1768m。PE管选择DN630mm，壁厚30mm，公称压力0.8MPa，总长为229m。

根据工程需求，管线上布置2个排气阀，1个分水闸，3个检修阀，2个泄水阀。为检修方便，管线每隔100m及闸阀处均需设置伸缩节。

预应力钢筋混凝土管与PE管结合方案优点：①方案施工过程中，安全性较高；②造价相对较低；③施工简便。

预应力钢筋混凝土管与PE管结合方案缺点：①管线较长，管件多；②预应力混凝土管质量大，增加施工运输难度；③管线在河床上铺设，防洪要求高。

3.2.2 PE管方案

此方案除管道管材均选用PE管外，管线布置及建筑物和方案A中完全一致。

输水管水力计算按《灌溉与排水工程设计规范》6.3.2.1公式：hf=f.L计算。经计算，选择φ710mmPE管，总长为4.673km。其中公称压力0.6MPa长为1443m，0.8MPa长为832m，1.0MPa长为630m，1.25MPa长 为1768m。

PE管方案优点：①PE管安装连接方便，安全可靠；②PE管耐腐蚀，耐老化，使用寿命长。缺点：造价较高。

3.3 方案技术经济比较

以上几种方案，技术上均可行。现对几种方案从工程投资，优、缺点，主要工程量等方面比较，具体见表2。

经过比较，本次工程采用预应力混凝土管和PE管结合方案。

4 建议与结论

4.1 建议

该项目投资量大，按照项目实施需要，在充分利用好中央和省级专项资金的同时，应多方筹措落实配套资金，鼓励和调动项目区群众投资投劳的积极性，为项目实施创造更加有利的条件。

4.2 结论

丹凤县竹林关灌区原输水渠道改造方案在技术上可行，经济上合理，布局合理，建成后经济效益较高，并有较好的社会效益。能够为农业增产、当地国民经济的快速发展奠定良好的基础，是项造福灌区人民群众的费省效宏的工程，应尽快组织实施。